Hohe Auflagen für Schraubenbeschichtungen

Chrom(VI) steht in der EU seit über zehn Jahren als Werkstoff auf der Abschussliste. Das Material wird unter anderem für die Beschichtung von Schrauben verwendet, weil es einen guten Korrosionsschutz bietet und besonders verschleiss- und abriebfest ist. Aber es steht in Verdacht, krebserregend zu sein. Seit 2006 dürfen in der EU keine Elektrogeräte erstmals in Verkehr gebracht werden, die Blei, Cadmium, Chrom(VI) oder Quecksilber enthalten. Seit 2007 gilt auch in der Automobilindustrie ein generelles Verwendungsverbot von Chrom(VI). Alle anderen, die bisher den Werkstoff weiter eingesetzt haben, mussten spätestens ab September 2017 auf Alternativmaterialien umsteigen. Denn dann endet die Umstellungsfrist. Laut Europäischer Chemikalienverordnung REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) darf der Stoff nach diesem Datum nur noch auf Antrag und nach besonderer Zulassung verwendet werden.

 

Lutz Tünnermann (links), Prozessoptimierer bei Atlas Copco Tools: «Unternehmen, die in der Montage Schrauben mit anderen Oberflächen einsetzen, müssen wissen, dass sich dies auf ihren Schraubfall auswirkt – und damit auf ihre Produkte und ihre Produktion. Mit unserem Team decken wir etwaige Schwachstellen auf und finden geeignete Lösungen.»

Verwendung von Substituten verändert Schraubfall

«Vom Verbot sind viele Unternehmen aus verschiedensten Branchen betroffen», sagt Lutz Tünnermann, Experte für Produktionsoptimierung bei Atlas Copco Tools. Denn auch galvanisch verzinkte Verbindungselemente mit entsprechendem Chromatierungsüberzug würden ab September kaum noch für die Montage zur Verfügung stehen. Laut REACH dürfen Erzeugnisse zwar weiter eingesetzt werden, sofern sie weniger als 0,1% Chrom(VI) enthalten. Bei der Beschichtung von Schrauben wird aber der Werkstoff in Reinform verwendet – und dies ist ab September nur mit besonderer Zulassung unter strengsten Auflagen möglich. Die damit verbundenen hohen Kosten machen die Herstellung von Chrom(VI)-beschichteten Schrauben schlicht unwirtschaftlich. Es ist demnach davon auszugehen, dass Betriebe, die bisher Verbindungselemente mit dieser Chromatierungsbeschichtung verwendet haben, auf alternative Produkte ausweichen müssen.

«Unternehmen, die in der Montage dann Schrauben mit anderen Oberflächen einsetzen, müssen wissen, dass sich dies auf ihren Schraubfall auswirkt, und damit auf ihre Produkte und ihre Produktion», erklärt Lutz Tünnermann. Denn die Chrom(VI)-Beschichtung habe bestimmte Eigenschaften, die kein anderes Material exakt mitbringe. Alternative Beschichtungsmethoden könnten das Mass von Schrauben, Muttern und Gewinden ändern. Manchmal gebe es erhebliche Differenzen in der Kopf- und Gewindereibung, wie Messungen im Testlabor ergeben hätten, erklärt der Experte. In einem Beispiel habe sich durch eine wesentlich höhere Unterkopf- und Gewindereibung eines Chrom(VI)-Substituts die Klemmkraft um rund 70% verringert – trotz Einstellung des gleichen Drehmoments. «Vor allem für sicherheitskritische Schraubverbindungen ist so ein Risiko nicht hoch genug zu bewerten», betont Lutz Tünnermann. Daher gelte es, solche Schraubfälle zu analysieren und die Parameter anzupassen, um zu gewährleisten, dass die Verbindungen sicher halten.

 

Mit der Software «Tight-Sim» lassen sich mit einer dynamischen Montagesimulation binnen Sekunden bis zu 250 Testverschraubungen virtuell überprüfen. Auf der Grundlage von nur zehn Bauteilen und einer Musterauswahl der vorgesehenen Schrauben könnten damit realitätsnahe Ergebnisse erzielt werden, die über Schraubqualität und sogar mögliche Taktzeiten Aufschluss geben.

Mit Schraubfallanalysen Umstellung vorbereiten

«Wir haben aktuell für einen unserer Kunden wichtige Schraubfälle untersucht und Vorspannkraft-Messungen durchgeführt sowie die Verbaubarkeit der neuen Schrauben in der Produktion geprüft», berichtet Lutz Tünnermann. «Anhand der Ergebnisse kann der Kunde seine Massnahmen bei der Einführung der neuen Schraubenbeschichtungen steuern.» Bei diesen Messungen standen für das Unternehmen abgesicherte Reibwertangaben im Fokus und welche Vorspannkräfte sich für die kritischen Schraubfälle daraus ableiten. Diese mussten mit den Eckwerten der konstruktiven Auslegung übereinstimmen. Der Kunde wollte zudem möglichst wenig an seinen Schraubsystemen verändern. «Die gute Nachricht ist: Es muss nicht immer alles neu eingestellt werden, wenn ein Unternehmen von Chrom(VI)-Schrauben auf Alternativen umstellt», betont Lutz Tünnermann. Und es gebe kostengünstige Lösungen von Atlas Copco Tools, um Schwachstellen bei den Verschraubungen aufzudecken.

«Wir bieten zahlreiche Dienstleistungen an, von der Designprüfung bis zur Schraubfallanalyse, um den Produktionsprozess zu verbessern», sagt Lutz Tünnermann. «Dafür nutzen wir beispielsweise unser Simulationsprogramm Tight-Sim.» Mit diesem sei Atlas Copco in der Lage, mit einer dynamischen Montagesimulation binnen Sekunden bis zu 250 Testverschraubungen virtuell zu überprüfen. Auf der Grundlage von nur zehn Bauteilen und einer Musterauswahl der vorgesehenen Schrauben liessen sich damit realitätsnahe Ergebnisse erzielen, die über Schraubqualität und sogar mögliche Taktzeiten Aufschluss geben. «Das Programm errechnet und simuliert, was sich alles ändert, wenn etwa Reibwert oder Schraubenhärte steigen», erklärt Lutz Timmermann. «Wir können neben der Frage nach der Klemmkraft ebenso klären, welche Anziehmethode das Ergebnis verbessern kann oder wie sich zum Beispiel die Änderung der Schrauberdrehzahl auf das Setzverhalten auswirkt.» Diese Aussagen seien im Übrigen nicht nur für Unternehmen interessant, die sich auf das Chrom(VI)-Verbot vorbereiten wollen. Auch im Vorfeld der Produktion sind solche Erkenntnisse für Konstrukteure wertvoll.

Neben diesen sehr speziellen Themen analysiert Atlas Copco Tools übrigens jedweden Montageprozess – und dies auch direkt an der Fertigungslinie. Die Schraubspezialisten erstellen dann auf der Grundlage der gewonnenen Daten massgeschneiderte Vorschläge zur Optimierung der Fertigung.

 

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